基于长度可变真空腔的激光干涉空气折射率测量误差分析与补偿

为了解决基于长度可变真空腔的激光干涉空气折射率测量中透光窗片倾斜和真空腔内残余气压对测量精度的影响,本文分析了真空腔拉伸过程中透光窗片倾斜引入的误差,并提出了透光窗片倾斜误差检测和补偿方法,同时研究了真空腔内残余气压的测量和补偿方法。为了验证所提出方法的可行性,搭建了基于长度可变真空腔的激光干涉空气折射率测量系统,测量结果与Edlén公式结果进行对比。实验结果显示,本系统测量结果与Edlén公式结果具有较好的一致性,在2.2 h和20 min内,两者之间偏差的标准偏差分别为2.34×10~(-8)和2.89×10~(-8),这表明本文所提出的空气折射率测量误差补偿方法是可行和有效的,可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。     

基于LABVIEW自动控制测纳米材料的电性能

以测量纳米薄膜材料La0.7Sr0.3MnO3的电阻-温度特性曲线为例,着重介绍以LABVIEW为平台的虚拟仪器技术对测量仪器的自动控制、数据读取和处理。与传统仪器相比,虚拟仪器技术将传统仪器与计算机联系起来,扩展了原有仪器的功能。而且,LABVIEW的自动控制技术也大大地提高了研究人员的工作效率。     

同步跟随式电磁悬浮驱动器的力学分析与测试

设计了一种基于磁场同步跟随的多自由度电磁悬浮式微驱动器,该驱动器悬浮单元和驱动单元相互独立,在一个机构中构建了集驱动、测量和控制于一体的磁悬浮微驱动新方法.通过对该驱动器的受力分析,得到了驱动器多自由度运动状态的数学方程.采用电涡流传感器和DSP控制器,建立了该微驱动器的测控系统,实验结果表明,该驱动器具有较强的稳定性与驱动能力,验证了力学分析的正确性.     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

激光双法布里：珀罗干涉纳米测量系统的理论分布

本文设计了一种基于双法布里－珀罗干涉仪、采用计算机实时处理、以轻拍式探针为传感器的新型纳米测量系统，描述了该系统的工作原理，详细进行了系统的理论分析。提出了通过测量双法布里－珀罗干涉仪透射光强基波幅差值差或等幅值过零时间间隔的方法进行纳米测量的理论基础，分析了轻拍式探针的振动模型，给出了检测探针振幅变化的新方法及理论依据。     

精密直线位移工作台单神经元自适应PID控制方法研究

设计并实现了一套直线位移工作台的精密运动控制系统,建立了直线位移工作台系统各组成部分的数学模型;在分析研究常规PID控制的基础上,针对精密直线位移工作台对定位、响应速度、运动方向等方面的高精度要求,提出了一种适合于高精度直线位移工作台的单神经元自适应PID控制策略,实现了对直线位移工作台的精密运动控制;经实验表明该精密直线位移工作台单神经元自适应PID控制具有良好的动态性能、自适应能力和较强的鲁棒性.     

基于DSP的激光外差干涉信号处理方法

描述激光外差干涉测量的原理,设计基于DSP的激光外差干涉信号处理方法,用DSP的捕捉单元获取参考信号和测量信号的上升沿时间差,在捕捉单元中断中计算测量信号周期,由DSP将时间差转化为相位差并得出被测位移.采用信号发生器模拟两路输入信号,在0～360°范围内进行相位差测量实验,测量结果表明标准偏差为0.041°、线性拟合相关系数为0.999 89.以20 nm为步长在0～320 nm范围内进行位移测量实验,实验结果表明标准偏差为2.46 nm、线性拟合相关系数为0.999 71,验证了所设计的信号处理方法的可行性和实用性.     

电磁悬浮式微驱动器的同步跟随驱动设计

提出了一种基于CPLD控制的多路电流方向快速转换的新方法,解决了电磁悬浮式微驱动器的磁场同步跟随问题,实现了微动平台的同步跟随运动.设计了以CPLD为核心的快速电流方向变换同步跟随驱动电路,通过光耦隔离同步触发可控硅达到导线通电模式转换的控制,达到了电流方向改变目的,实现了电磁场的同步跟随运动.用实验验证了电磁悬浮式微驱动器同步跟随驱动设计的可行性和实用性.     

基于复振幅调制的半导体激光光束整形方法

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M2因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。     

电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究

设计了一种新型的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,有利于调节悬浮体的运动姿态.通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析,得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线.通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致,表明了所设计的微驱动器的可行性.